JP6702692B2 - 排ガス触媒コンバータ - Google Patents

Description

本発明は、排ガス触媒コンバータに関する。

たとえば船舶用機関のような大型機関では、排ガス触媒コンバータによる排ガス浄化がますます多く採用されている。これまで排ガス触媒コンバータは、それぞれの内燃機関に個別に適合されるアセンブリであった。ある内燃機関に特に適合されていないが、異なる内燃機関と組み合わせて用いることができる排ガス触媒コンバータが必要とされている。

以上のことから、本願発明の目的は、新式の排ガス触媒コンバータを作ることにある。

この目的は、請求項１に記載の排ガス触媒コンバータによって解決される。本発明に従えば、排ガス触媒コンバータは、浄化すべき排ガスのための流入口と浄化された排ガスのための流出口とを備えるインターフェースモジュールと；浄化すべき排ガスを方向転換するために使われる方向転換モジュールと；排ガスを浄化するために排ガスが貫流する触媒コンバータ体を収納する、インターフェースモジュールと方向転換モジュールとの間に設けられた少なくとも１つの排ガス浄化モジュールと；を備えており、このものにおいて、インターフェースモジュールは、洗浄すべき排ガスが貫流するとともに流入口と連結されている半径方向外側の流路と、浄化された排ガスが貫流するとともに流出口と連結されている半径方向内側の流路と、を備えており；排ガス浄化モジュールは、インターフェースモジュールの半径方向外側の流路と整列されるかあるいは連通する半径方向外側の流路と、インターフェースモジュールの半径方向内側の流路と整列されるかあるいは連通する半径方向内側の流路と、を備えており、排ガス浄化モジュールの半径方向内側の流路には触媒体が設けられており；方向転換モジュールは、これに隣接する排ガス浄化モジュールの半径方向外側の流路から、排ガス浄化モジュールの半径方向内側の流路へ流れを方向転換させる。

本発明は、インターフェースモジュールと方向転換モジュールと少なくとも１つの排ガス浄化モジュールとを備える、モジュール設計の排ガス触媒コンバータを提案する。用いられる排ガス浄化モジュールの数によって、排ガス触媒コンバータは、それぞれの内燃機関に適合できる。インターフェースモジュールは、排ガス触媒コンバータをそれぞれの内燃機関に接続するために使われる。

有利なさらなる一発展形態に従えば、複数の排ガス浄化モジュールは、インターフェースモジュールと方向転換モジュールとの間に設けられており、スタック状に直列になって互いに前後に配置されているので、同じ排ガス浄化モジュールに載っている異なる排ガス浄化モジュールの触媒体を、排ガスが直列に互いに前後に貫流する。それによって、それぞれの内燃機関に適合できる効果的な多段式排ガス浄化が可能である。

さらなる有利な一発展形態に従えば、インターフェースモジュールの流入口とインターフェースモジュールの流出口とは、バイパスを介して連結され得、バイパス弁がバイパス内に組み込まれており、当該バイパス弁は開いた状態では流入口と流出口とを接続し、閉じた状態では流入口と流出口とを接続解除する。好適には、弁がインターフェースモジュールの流入口内に組み込まれており、当該弁は閉じた状態でバイパスが開いていればインターフェースモジュールの流入口をインターフェースモジュールの半径方向外側の流路から接続解除する。これにより、必要であれば、排ガス触媒コンバータを通り越してバイパスを介して、排ガスを運ぶことが可能である。流入口に配設された弁によって、排ガス触媒コンバータを完全に、排ガス流から接続解除できる。

さらなる有利な一発展形態に従えば、インターフェースモジュールはさらに、アンモニアあるいはアンモニア前駆体物質のための調量装置を備え、当該調量装置を介してアンモニアあるいはアンモニア前駆体物質を、洗浄すべき排ガスに導入できる。好適には、アンモニアあるいはアンモニア前駆体物質を、インターフェースモジュールの調量装置を介して、インターフェースモジュールの半径方向外側の流路に導入できる。異なる内燃機関に適合できるＳＣＲ排ガス触媒コンバータをそれによって、入手可能にできる。

本発明の好適なさらなる発展形態は、従属請求項と以下の記述とからもたらされる。本発明の例示的な実施形態は、図を使ってより詳細に説明されるが、これに限定されるものではない。図に示されるのは以下である。

本発明に係る排ガス触媒コンバータの斜視図である。 本発明に係る排ガス触媒コンバータの正面図である。 本発明に係る排ガス触媒コンバータの側面図である。 図３の断面図である。 本発明に係る排ガス触媒コンバータの上面図である。 本発明に係る排ガス触媒コンバータの排ガス浄化モジュールの斜視図である。

本発明は、排ガス触媒コンバータ、特に、好適にはディーゼル燃料あるいは重油で駆動される船舶の内燃機関のためのＳＣＲ排ガス触媒コンバータに関する。

本発明に係る排ガス触媒コンバータ１０は、少なくとも３つのモジュール、すなわち、インターフェースモジュール１１と、方向転換モジュール１２と、インターフェースモジュール１１と方向転換モジュール１２との間に設けられた少なくとも１つの排ガス浄化モジュール１３とを備える。示された好適な例示的な実施形態において、複数のすなわち２つの排ガス浄化モジュール１３が、インターフェースモジュール１１と方向転換モジュール１２との間に、スタック状に直列になって互いに前後にあるいは互いに上下にあるいは互いに隣り合って、インターフェースモジュール１１と方向転換モジュール１２との間に設けられている。

インターフェースモジュール１１は、排ガス触媒コンバータ１０を内燃機関に接続するために使われ、かつ浄化すべき排ガスのための流入口１４と、浄化された排ガスのための流出口１５と、を備える。この場合インターフェースモジュール１１は、半径方向外側の流路１６（図４参照）と半径方向内側の流路１７とを備える。半径方向外側の流路１６は、浄化すべき排ガスが貫流し、かつ流入口１４に連結されている。一方で半径方向内側の流路１７は、浄化された排ガスが貫流し、かつ流出口１５に連結されている。この場合インターフェースモジュール１１は、外壁１８と内壁１９との二重壁構造を備え、半径方向外側の流路１６は、外壁１８によって半径方向外側で画定され、内壁１９によって半径方向内側で画定され、半径方向内側の流路１７は、インターフェースモジュール１１の内壁１９によって半径方向外側で画定されている。

排ガス浄化モジュール１３は同様に、半径方向外側の流路２０と半径方向内側の流路２１とを有する二重壁構造を備える。それぞれの排ガス浄化モジュール１３の半径方向外側の流路２０は、それぞれの排ガス浄化モジュール１３の外壁２２によって半径方向外側で画定され、それぞれの排ガス浄化モジュール１３の内壁２３によって半径方向内側で画定されている。それぞれの排ガス浄化モジュール１３の半径方向内側の流路２１は、それぞれの排ガス浄化モジュール１３のそれぞれの内壁２３によって半径方向外側で画定されている。

排ガス浄化モジュール１３の半径方向外側の流路２０は、インターフェースモジュール１１の半径方向外側の流路１６と整列されかつこれと連通しており、それゆえインターフェースモジュール１１から始まって方向転換モジュール１２の方向へ、浄化すべき排ガスのための半径方向外側の流路を一緒に形成する。

排ガス浄化モジュール１３の半径方向内側の流路２１は、インターフェースモジュール１１の半径方向内側の流路１７と整列されかつこれと連通しており、それゆえ方向転換モジュール１２から始まってインターフェースモジュール１１の方向へ、浄化された排ガスのための半径方向内側の流路を一緒に形成する。

インターフェースモジュール１１の反対に位置する側にカスケード状あるいはスタック状に設けられている方向転換モジュール１２は、浄化すべき排ガスを半径方向外側の流路から半径方向内側の流路へ方向転換するために使われ、方向転換モジュール１２は、方向転換モジュール１２に直接隣接する排ガス浄化モジュール１３の外側の流路２０から、排ガス浄化モジュール１３の内側の流路２１へ流れを方向転換する。

方向転換モジュール１２は、外壁２４と底壁２５とを備え、隣接する排ガス浄化モジュール１３の方向へ内部に向けられている方向転換体２６が、底壁２５の領域において形成されており、当該方向転換体２６は、流れを方向転換するために使われる。

いずれの場合にも、インターフェースモジュール１１の隣接するモジュールと、方向転換モジュール１２の隣接するモジュールと、インターフェースモジュール１１および方向転換モジュール１２の間に配置される排ガス浄化モジュール１３の隣接するモジュールは、隣接するフランジ３４で互いに接続されている。

各排ガス浄化モジュール１３は、半径方向内側のそれぞれの流路２１の領域に複数のセラミック触媒体２７を収納し、当該セラミック触媒体２７を、排ガス浄化のために排ガスが貫流する。これらの触媒体２７はハニカムとも呼ばれ、各々は、排ガス浄化のために排ガスが貫流する複数の通路を有する。この場合は、各排ガス浄化モジュール１３の触媒体２７を、排ガスが平行に貫流するが、その一方で、隣り合うあるいは異なる排ガス浄化モジュール１３の触媒体２７を、洗浄すべき排ガスが連続してあるいは直列に貫流する。

したがって、排ガス触媒コンバータ１０の各排ガス浄化モジュール１３は、排ガス浄化段を形成する。スタック状に配置されるとともにインターフェースモジュール１１と方向転換モジュール１２との間に設けられた排ガス浄化モジュール１３の数によって、排ガス浄化段の数が決定でき、それゆえ排ガス触媒コンバータ１０は容易に、具体的な内燃機関に適合できる。

示された好適な例示的な実施形態において、インターフェースモジュール１１の流入口１４とインターフェースモジュール１１の流出口１５とはバイパス２８を介して連結でき、バイパス２８内にバイパス弁２９が組み込まれている。バイパス２８によって、バイパス弁２９が開いていれば排ガスを排ガス触媒コンバータ１０を通り越して運ぶことができる。

アクチュエータ３０を使って、バイパス弁２９を、開いた状態と閉じた状態との間で切換えることができ、特にバイパス弁２９が開いた状態の時には、流入口１４と流出口１５とは接続されているが、他方で、特にバイパス弁２９が閉じた状態の時には、当該バイパス弁２９は流入口１４と流出口１５とを互いから接続解除する。

示された例示的な実施形態において、弁３１がさらに、バイパス２８の分岐の下流で流入口１４内に組み込まれており、アクチュエータ３２を介して開いた状態と閉じた状態との間で切換えできる。バイパス２８が開いて排ガスが排ガス触媒コンバータ１０を通り越して運ばれるときに、排ガスが流入口１４を介して、排ガス触媒コンバータ１０のインターフェースモジュール１１の半径方向外側の流路１６に流れ込むのを完全に防ぐために、弁３１を、バイパス弁２８は開いたままで、閉じることができる。

好適には、本発明に係る排ガス触媒コンバータ１０は、ＳＣＲ触媒コンバータである。この場合、インターフェースモジュール１１はさらに、アンモニアあるいはアンモニア前駆体物質のための調量装置３３を備え、当該調量装置３３を介してアンモニアあるいはアンモニア前駆体物質を、浄化すべき排ガスにつまりインターフェースモジュール１１の半径方向外側の流路１６に導入できる。その結果、浄化すべき排ガスとアンモニアあるいはアンモニア前駆体物質とは、インターフェースモジュール１１の半径方向外側の流路１６においてすでに混合され、排ガスとアンモニアあるいはアンモニア前駆体物質とは一緒に、排ガス浄化モジュール１３の半径方向外側の流路２０を貫流し、方向転換モジュール１２の領域において一緒に方向転換されて、続いて、排ガス浄化モジュール１３の半径方向内側の流路２１に配置されている、排ガス浄化モジュール１３の触媒体２７を介して貫流することになる。浄化された排ガスは、インターフェースモジュール１１の半径方向内側の流路１７から出て、流出口１５を介して排ガス触媒コンバータ１０から排出される。

示された例示的な実施形態において、浄化すべき排ガスのための流入口１４とアンモニアあるいはアンモニア前駆体物質のための調量装置３３は各々、インターフェースモジュール１１の半径方向外側の流路１６へ、半径方向に開口している。ここでは、アンモニアあるいはアンモニア前駆体物質のための調量装置３３は、示された例示的な実施形態において、ほぼ流入口１４の直径方向反対側に設けられている。

外壁１８に対する相対的な流入口１４および調量装置３３の正確な配置もこれらの正確な配列も変更できるが、すでにインターフェースモジュール１１の半径方向外側の流路１６においてアンモニアあるいはアンモニア前駆体物質を排ガスと最適に混ぜ合わせるために設計されている。

たとえば船舶用ディーゼル機関のような内燃機関では、好適にはこのような排ガス触媒コンバータ１０が、各シリンダ列に用いられる。

明らかに、２つのシリンダ列のためのモジュールの構成も、本発明の範囲内で可能である。

インターフェースモジュール１１の半径方向外側の流路１６と排ガス浄化モジュール１３の半径方向外側の流路２０とは、インターフェースモジュール１１の半径方向内側の流路１７と排ガス浄化モジュール１３の半径方向内側の流路２１とに対して同心円状に伸びており、半径方向外側の流路１６は、半径方向内側の流路１７とは反対方向に貫流する。方向転換モジュール１２は、直接隣り合う排ガスモジュール１３の半径方向外側の流路２０から当該排ガスモジュール１３の半径方向内側の流路２１へ流れを方向転換するために使われる。

示されていない集塵装置が、排ガスに含まれる汚染物質を捕捉するために、方向転換モジュール１２に組み込まれていてよい。

１０ 排ガス触媒コンバータ
１１ インターフェースモジュール
１２ 方向転換モジュール
１３ 排ガス浄化モジュール
１４ 流入口
１５ 流出口
１６ 流路
１７ 流路
１８ 外壁
１９ 内壁
２０ 流路
２１ 流路
２２ 外壁
２３ 内壁
２４ 外壁
２５ 底壁
２６ 方向転換装置
２７ 触媒コンバータ体
２８ バイパス
２９ バイパス弁
３０ アクチュエータ
３１ 弁
３２ アクチュエータ
３３ 調量装置
３４ フランジ

Claims (8)

1. 排ガス触媒コンバータ（１０）、特に内燃機関のＳＣＲ排ガス触媒コンバータであって、
   浄化すべき排ガスのための流入口（１４）と、浄化された排ガスのための流出口（１５）と、を備えるインターフェースモジュール（１１）と、
   浄化すべき排ガスを方向転換するために使われる方向転換モジュール（１２）と、
   排ガスを浄化するために排ガスが貫流する触媒体（２７）を収納する、前記インターフェースモジュール（１１）と前記方向転換モジュール（１２）との間に設けられた少なくとも１つの排ガス浄化モジュール（１３）と、
   を有しており、
   前記インターフェースモジュール（１１）は、浄化すべき排ガスが貫流するとともに前記流入口（１４）と連結されている半径方向外側の流路（１６）と、浄化された排ガスが貫流するとともに前記流出口（１５）と連結されている半径方向内側の流路（１７）と、を備えており、
   少なくとも１つの前記排ガス浄化モジュール（１３）は、前記インターフェースモジュール（１１）の前記半径方向外側の流路（１６）と整列されて流体連通する半径方向外側の流路（２０）と、前記インターフェースモジュール（１１）の前記半径方向内側の流路（１７）と整列されて流体連通する半径方向内側の流路（２１）と、を備えており、少なくとも１つの前記排ガス浄化モジュール（１３）の前記半径方向内側の流路（２１）には前記触媒体（２７）が設けられており、
   排ガスの流れは、前記方向転換モジュール（１２）に隣接する排ガス浄化モジュール（１３）の前記半径方向外側の流路（２０）から、前記方向転換モジュール（１２）を介して、該排ガス浄化モジュール（１３）の前記半径方向内側の流路（２１）へ方向転換され、
   前記インターフェースモジュール（１１）と前記方向転換モジュール（１２）との間に挿入される前記排ガス浄化モジュール（１３）の数は変更可能であることを特徴とする排ガス触媒コンバータ。
2. 少なくとも１つの前記排ガス浄化モジュール（１３）は、排ガスが平行に貫流する複数の触媒体（２７）を収納することを特徴とする請求項１に記載の排ガス触媒コンバータ。
3. 異なる排ガス浄化モジュール（１３）の前記触媒体（２７）を排ガスが直列に互いに前後に貫流するように、前記インターフェースモジュール（１１）と前記方向転換モジュール（１２）との間には、スタック状に直列になって互いに前後に配置された複数の排ガス浄化モジュール（１３）が設けられていることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の排ガス触媒コンバータ。
4. 前記方向転換モジュール（１２）は、底壁（２５）に方向転換体（２６）を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の排ガス触媒コンバータ。
5. 前記インターフェースモジュール（１１）の前記流入口（１４）と前記インターフェースモジュール（１１）の前記流出口（１５）とは、バイパス（２８）を介して連結され可能であり、該バイパス（２８）内にバイパス弁（２９）が組み込まれており、該バイパス弁（２９）は開いた状態では流入口（１４）と流出口（１５）とを接続し、閉じた状態では流入口（１４）と流出口（１５）とを接続解除することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の排ガス触媒コンバータ。
6. 前記インターフェースモジュール（１１）の前記流入口（１４）内に弁（３１）が組み込まれており、該弁（３１）は閉じた状態でバイパス（２８）が開いていれば前記インターフェースモジュール（１１）の前記流入口（１４）を前記インターフェースモジュール（１１）の前記半径方向外側の流路（１６）から接続解除することを特徴とする請求項５に記載の排ガス触媒コンバータ。
7. 前記インターフェースモジュール（１１）はさらに、アンモニアあるいはアンモニア前駆体物質のための調量装置（３３）を備え、該調量装置（３３）を介してアンモニアあるいはアンモニア前駆体物質を、浄化すべき排ガスに導入できることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の排ガス触媒コンバータ。
8. 前記インターフェースモジュール（１１）の前記調量装置（３３）を介して、アンモニアあるいはアンモニア前駆体物質を、前記インターフェースモジュール（１１）の前記半径方向外側の流路（１６）に導入できることを特徴とする請求項７に記載の排ガス触媒コンバータ。

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